1,第3讲、中高碳钢的冶炼及控轧控冷技术,2,,第一讲：中、高碳钢概述,3,中、高碳钢是指碳含量0.4~0.8%的碳素钢和碳锰钢4,中、高碳钢中除锰外不含其它合金元素，为改善性能而加入微合金元素Nb、V、Ti、Al、B 等而不改变钢的基本特性的一些钢这类钢主要使用其高强度、高硬度、耐磨性、抗疲劳性能等5,轨钢、型钢、硬线、弹簧钢等均属中、高碳钢6,1 中、高碳钢的显微组织,放大倍数：500× 浸蚀剂：4%硝酸酒精 材料及状态：45钢 处理：860～880℃加热保温3h后水冷，600℃+20℃保温4.5h后空冷 组织及说明：片状珠光体及呈白色网状、针状和块状分布的铁素体晶粒大小不太均匀，有轻微的魏氏组织放大倍数： 500× 浸蚀剂：4%硝酸酒精 材料及状态：65Mn 处理： 1100℃×20min+320℃×6s水冷 组织及说明：针状下贝氏体+马氏体基体（灰色）,7,（1）冷却后的组织发生变化； （2）决定钢材性能的因素发生变化：铁素体和珠光体的比例、铁素体晶粒的大小、珠光体片层粗细和球团大小以及渗碳体的形貌中、高碳钢微观组织的特点：,8,2 中、高碳钢组织对性能的影响,中、高碳钢的性能取决于碳含量或珠光体体积百分数，及其组织的微细结构。
除共析钢外，都或多或少的含有一定数量的先共析铁素体经过了长期的大量研究工作，总结出影响钢的强度和韧性的组织因素有：原始奥氏体晶粒度，相变前的奥氏体晶粒度或珠光体团、珠光体数量、珠光体片间距、渗碳体片的厚度，珠光体稀释度，先共析铁素体形貌（多边化或细晶粒铁素体，或粗大网状铁素体）等这些因素取决于钢的热加工履历和冷却速度9,重要因素：珠光体的片层间距 式中0为纯铁素体强度，S为材料的屈服强度，I0为珠光体的片层间距，Ky为系数2.1 对强度的影响,10,2.2 对塑性的影响:,,球状珠光体直径(dy)和断面收缩率关系,,由该图可以看出，珠光体球直径愈细，断面收缩率愈大，珠光体片层间距愈小延性愈好11,碳化物体积和球化处理对的T影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正火（片状渗碳体）,含碳量和球化处理对u的影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正火（片状渗碳体）,12,2.3 对韧性的影响： 各强化因素对冲击值转变温度ITT的影响：,,,珠光体中碳的扩散系数：,13,（2）控制轧制中组织性能的变化,,碳含量对控制轧制材(CR)与普通轧制材(HR)强度的影响,碳量0.2%0.3%： 含0.4%C以上： 含0.8%C以上的钢：,强度变化：,14,总结： 1)铁素体为主的钢，细化铁素体晶粒来提高强度和韧性； 2)珠光体为主的钢，控制轧制使强度降低，韧性提高。
对此类钢必须采用再结晶型控轧 3)对中高碳钢，轧后控制冷却，使珠光体在低温度下产生，得到细片层珠光体，可提高强度和韧性15,3 中、高碳钢的微合金化,TMCP 在板材生产中的应用简称为控制轧制；在棒、型、轨、管、锻件等的应用统称为热机械处理工艺它是微合金化与热加工的控制热变形与控制冷却相结合的工艺操作 根据溶度积原理 Nb、V、Ti、Al、B 等的碳化物，氮化物以及碳氮化物在钢中的溶解度与温度、碳、氮浓度有关因而它们在钢中的析出—溶解行为，可在温度上分段独立或复合发生因此可根据微合金元素的特性，分高、中、低、温区分部“微合金化”并施以 TMCP处理得到预期的物理冶金效果16,4 中、高碳钢的热机械处理的特点,中、高碳钢材多为轨、型、管、棒、线、锻件等，实际上是使用时的近终形，或半成品实施控制轧制不像板带那样容易得到全体一致的开轧、终轧温度特别是在断面上的温度分布不均一性很强特别是大型材如 H 型钢、轨梁等，在热加工过程中边、角温降不一，从而最终形变时温度也不一致，可能导致奥氏体晶粒不均匀所以加入 Nb、Ti 等高温再结晶抑制剂是生产这类优质钢材十分必要的首先得到比普通钢好的、热状态组织，然后加速冷却，抑制晶粒长大。
17,5 中、高碳钢的典型产品,中高碳钢几乎专门用于轨钢生产钢轨的工作要求，第一耐磨损，第二抗疲劳钢轨受力是三维应力状态，因此要求高强度和高韧性所以提高组织因素中的珠光体团细化程度和缩小珠光体片间距是主要的技术措施，Nb、V、Ti的微合金化加上TMCP工艺是现代生产轨钢主要举措Nb、V的沉淀同时还能提高铁素体片的强度5.1 轨钢、型钢,18,轨钢特定的形状，使加工变形不均匀，温升、温降不一致，因此导致晶粒度不均匀Nb、Ti、V 微合金化钢实行热机械处理是最好方法同时赋予钢的强韧性加拿大、澳大利亚、巴西、日本以及我国包钢铌稀土钢轨的化学成分和机械性能列于下表19,包钢轨钢加稀土为其特色，稀土的冶金作用很不稳定，主要在于加入方法如加入方法不当，还会使钢质变坏美国专利指出，在完全脱氧后，最佳温度为 1540～1600℃把稀土包在铁皮内，插入钢水中并加以搅拌，可取得最佳效果制成包芯线的喂丝法则是近年的新成就20,包钢试炼时速380公里高速钢轨钢获得成功,21,5.2 棒材、硬线,棒线材断面为圆对称，容易实现 TMCP 工艺控制，现代的棒线材厂都有控轧、控冷成套设备生产优质棒线材、小型材，微合金化必不可少,22,铌钒钛在小截面棒线材生产中的应用特点： 1． 铌、钒的应用在于细化珠光体团和铁素体多边化细化晶粒以及强化铁素体和珠光体的铁素体片。
这对生产硬线会取得比普通中、高碳钢更优越的组织 2． 铌在高速线材生产中的应用，十分广泛，包括中碳螺纹钢筋，高速轧制几乎是在绝热过程中变形，由于高变形能量的输入，温度可能升高，正是由于固溶铌阻止再结晶或阻止动态再结晶后而阻止晶粒的长大 另一特点变形温度可比普碳钢高出 100℃，允许在更高温度下实行更高速轧制可以生产利于后续冷加工的基体组织这样高碳线材有利于后续冷加工特别硬线加工。